在前面的內(nèi)容中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了CAS的原理，所以對(duì)于學(xué)習(xí)本節(jié)來(lái)說(shuō)會(huì)非常容易。本節(jié)介紹Java中的原子類(lèi)是java.util.concurrent.atomic包下的對(duì)象，他們之所以有原子性的共性，都來(lái)源于CAS，可見(jiàn)CAS的重要性。對(duì)于原子類(lèi)變量的操作是不會(huì)存在并發(fā)性問(wèn)題的，不需要使用同步手段進(jìn)行并發(fā)控制。它底層自身的實(shí)現(xiàn)即可保證變量的可見(jiàn)性以及操作的原子性，一般我們可以使用AtomicInteger，AtomicLong等實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器等功能，利用AtomicBoolean實(shí)現(xiàn)標(biāo)志位等功能。

原子類(lèi)是JDK5提供的，當(dāng)時(shí)只有12個(gè)原子類(lèi)，發(fā)展到JDK8時(shí)，又多出了4個(gè)原子類(lèi)，如下圖2-25所示，紅色框內(nèi)為JDK8新增加的。

圖2-25 Java16個(gè)原子類(lèi)

下面我們來(lái)對(duì)這些原子類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)講解。

2.10.1原子更新基本類(lèi)型

l AtomicBoolean: 原子更新布爾類(lèi)型。

l AtomicInteger: 原子更新整型。

l AtomicLong: 原子更新長(zhǎng)整型。

我們以AtomicInteger為例，AtomicIngeter的常用方法如下：

n int addAndGet(int delta): 以原子的方式將參數(shù)與實(shí)例中的值相加，并返回結(jié)果。

n boolean compareAndSet(int expect, int update): 如果輸入的值等于預(yù)期值，則以原子方式將該值設(shè)置為輸入的值。

n int getAndIncrement(): 以原子的方式將當(dāng)前值加1，然后返回自增前的值，也就是舊值。此方法也是比較常用的方法，可以用來(lái)做計(jì)數(shù)器。

n void lazySet(int newValue): 最終會(huì)設(shè)置成newValue,使用lazySet設(shè)置值后，可能導(dǎo)致其他線程在之后的一小段時(shí)間內(nèi)還是可以讀到舊的值。

n int getAndSet(int newValue): 以原子的方式設(shè)置為newValue,并返回舊值。

n int incrementAndGet(): 和getAndIncrement一樣，他返回的是自增后的值。

記得在講解CAS應(yīng)用的代碼案例中，使用過(guò)原子自增的方法，下面我們看看getAndIncrement() 是如何實(shí)現(xiàn)原子操作的，請(qǐng)看2-45示例代碼中AtomicInteger部分源碼。

代碼清單2-45 AtomicInteger.java

public final int getAndIncrement() { 
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1); 
    } 
 
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) { 
        int var5; 
        do { 
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2); 
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4)); 
 
        return var5; 
    } 

我們?nèi)〉昧伺f值，然后把要加的數(shù)傳過(guò)去，調(diào)用getAndAddInt () 進(jìn)行原子更新操作，實(shí)際最核心的方法是 compareAndSwapInt()，使用CAS進(jìn)行更新。我們Unsafe只提供了3中CAS操作，另外注意，AtomicBoolean 是把Boolean轉(zhuǎn)成整型，在使用 compareAndSwapInt 進(jìn)行操作的。在atomic包里的對(duì)象基本都是使用Unsafe提供的3中CAS操作的方法實(shí)現(xiàn)的，請(qǐng)看Unsafe源碼，如代碼清單2-46所示。

代碼清單2-46 Unsafe.java

/** 
 * 如果當(dāng)前數(shù)值是var4，則原子的將java變量更新成var5或var6 
 * @return 如果更新成功返回true 
 */ 
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); 
 
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); 
 
    public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6); 

2.10.2原子更新數(shù)組

l AtomicIntegerArray: 原子更新整型數(shù)組里的元素。

l AtomicLongArray: 原子更新長(zhǎng)整型數(shù)組里的元素。

l AtomicReferenceArray: 原子更新引用類(lèi)型數(shù)組里的元素。

這三個(gè)類(lèi)的最常用的方法是如下兩個(gè)方法：

n get(int index)：獲取索引為index的元素值。

n compareAndSet(int i, int expect, int update): 如果當(dāng)前值等于預(yù)期值，則以原子方式將數(shù)組位置 i 的元素設(shè)置為update值。

2.10.3原子更新引用類(lèi)型

l AtomicReference: 原子更新引用類(lèi)型。

l AtomicReferenceFieldUpdater: 原子更新引用類(lèi)型的字段。

l AtomicMarkableReferce: 原子更新帶有標(biāo)記位的引用類(lèi)型，可以使用構(gòu)造方法更新一個(gè)布爾類(lèi)型的標(biāo)記位和引用類(lèi)型。

這三個(gè)類(lèi)提供的方法都差不多，首先構(gòu)造一個(gè)引用對(duì)象，然后把引用對(duì)象set進(jìn)Atomic類(lèi)，然后調(diào)用compareAndSet等一些方法去進(jìn)行原子操作，原理都是基于Unsafe實(shí)現(xiàn)，但AtomicReferenceFieldUpdater略有不同，更新的字段必須用volatile修飾。下面我們使用原子引用類(lèi)型寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的Demo，請(qǐng)看示例代碼2-47所示

代碼清單2-47 AtomicReferenceDemo.java

public class AtomicReferenceDemo { 
    public static AtomicReference<User> ai = new AtomicReference<User>(); 
 
    public static void main(String[] args) { 
 
        User u1 = new User("pangHu", 18); 
        ai.set(u1); 
        User u2 = new User("pangPang", 15); 
        ai.compareAndSet(u1, u2); 
        System.out.println(ai.get().getAge() + ai.get().getName()); 
    } 
 
    static class User { 
        private String name; 
        private int age; 
 //省略getter、settrt 
    } 
} 

輸出結(jié)果。

15pangPang

2.10.4原子更新字段類(lèi)

如果需要原子的更新類(lèi)里某個(gè)字段時(shí)，需要用到原子更新字段類(lèi)，Atomic包提供了3個(gè)類(lèi)進(jìn)行原子字段更新：

l AtomicIntegerFieldUpdater: 原子更新整型的字段的更新器。

l AtomicLongFieldUpdater: 原子更新長(zhǎng)整型字段的更新器。

l AtomicStampedFieldUpdater: 原子更新帶有版本號(hào)的引用類(lèi)型。該方法比較重要，他和引用類(lèi)型加上一個(gè)整數(shù)值，可以控制數(shù)據(jù)的版本號(hào)，這樣就可以解決CAS更新時(shí)可能出現(xiàn)的ABA問(wèn)題。和引用類(lèi)型一樣更新類(lèi)的字段必須使用 public volatile 修飾。

2.10.5 JDK8新增原子類(lèi)簡(jiǎn)介

l DoubleAccumulator

l LongAccumulator

l DoubleAdder

l LongAdder

下面以 LongAdder 為例介紹一下，并列出使用注意事項(xiàng)。

這些類(lèi)對(duì)應(yīng)把 AtomicLong 等類(lèi)的改進(jìn)。比如 LongAccumulator 與 LongAdder 在高并發(fā)環(huán)境下比 AtomicLong 更高效。

Atomic、Adder在低并發(fā)環(huán)境下，兩者性能很相似。但在高并發(fā)環(huán)境下，Adder 有著明顯更高的吞吐量，但是有著更高的空間復(fù)雜度。

LongAdder其實(shí)是LongAccumulator的一個(gè)特例，調(diào)用LongAdder相當(dāng)使用下面的方式調(diào)用LongAccumulator。

sum()方法在沒(méi)有并發(fā)的情況下調(diào)用，如果在并發(fā)情況下使用會(huì)存在計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，下面有代碼為例。

LongAdder不可以代替AtomicLong，雖然 LongAdder的add()方法可以原子性操作，但是并沒(méi)有使用 Unsafe 的CAS算法，只是使用了CAS的思想。

LongAdder其實(shí)是LongAccumulator的一個(gè)特例，調(diào)用LongAdder相當(dāng)使用下面的方式調(diào)用LongAccumulator，LongAccumulator提供了比LongAdder更強(qiáng)大的功能，構(gòu)造函數(shù)其中accumulatorFunction一個(gè)雙目運(yùn)算器接口，根據(jù)輸入的兩個(gè)參數(shù)返回一個(gè)計(jì)算值，identity則是LongAccumulator累加器的初始值。

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